CN103523077A - 一种电动助力转向系统的回正方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动助力转向系统的回正方法及装置，所述电动助力转向系统的回正方法能够根据当前的方向盘力矩信息及车速信息确定方向盘的当前位置，也即回正的初始转角，并对所述初始转角信息进行滤波处理，得到修正转角信息，最后根据得到的修正转角信息及当前车速信息控制电机运行，从而通过电机运行产生的电机力矩来实现方向盘的自动回正。该电动助力转向系统的回正方法及装置实现方向盘自动回正不需要在原有的电动助力转向系统中额外的添加其他硬件设备，从而降低了电动助力转向系统实现自动回正功能的成本，同时提高了电动助力转向系统的运行安全性。

Description

一种电动助力转向系统的回正方法及装置

技术领域

本发明涉及汽车技术领域，更具体的说，是涉及一种电动助力转向系统的回正方法及装置。

背景技术

现有的汽车转向系统中包括电动助力转向系统。电动助力转向系统能够通过控制电机电流来控制输出力矩，从而辅助驾驶员转动方向盘，减轻驾驶员的劳动量。由于电动助力转向系统中电机随时处于发电状态，这样汽车转向系统中原有的回正力的一部分就会因支持电机发电而被损耗，使得汽车的转向系统的回正性变差。因此，需要为电动助力转向系统提供主动回正的功能。

现有技术中，电动助力转向系统的主动回正都是采用转角传感器来实现的。转角传感器集成在方向盘的力矩传感器上，其能够检测方向盘的旋转角度，从而根据检测到的方向盘的旋转角度来控制方向盘的回正。但是，采用这种方法需要在方向盘的力矩传感器上集成转角传感器，这样不仅增加了系统的成本，而且也增加了电动助力转向系统运行的风险。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种电动助力转向系统的回正方法及装置，以克服现有技术中由于实现主动回正需要在方向盘的力矩传感器上集成转角传感器而导致的系统成本高和电动助力转向系统运行风险高的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种电动助力转向系统的回正方法，包括：

实时获取方向盘力矩信息及车速信息；

根据当前方向盘力矩信息和当前车速信息确定方向盘的初始转角信息；

对所述初始转角信息进行滤波处理，得到修正转角信息；

根据所述修正转角信息及当前车速信息控制电机运行，以给方向盘的自动回正提供电机助力。

可选的，所述根据当前方向盘力矩信息和当前车速信息确定方向盘的初始转角信息，包括：

采集不同车速时方向盘转角和方向盘力矩的关系曲线；

根据所述关系曲线确定所述方向盘的初始转角计算公式；

根据当前方向盘力矩信息、当前车速信息以及所述初始转角计算公式确定方向盘的初始转角信息。

可选的，所述根据所述修正转角信息及当前车速信息控制电机运行，包括：

根据所述修正转角信息及当前车速信息确定电机的输出电流；

控制所述电机输出所述输出电流。

可选的，所述方向盘力矩信息包括驾驶员手力信息及电机力矩信息。

可选的，所述对所述初始转角信息进行滤波处理，包括：

对所述初始转角信息进行卡尔曼滤波或一阶低通滤波或递推滤波或加权递推滤波处理；其中，所述对所述初始转角信息进行卡尔曼滤波包括：基于当前方向盘转速对所述初始转角信息进行卡尔曼滤波。

一种电动助力转向系统的回正装置，包括：

信息获取模块，用于实时获取方向盘力矩信息及车速信息；

初始转角确定模块，用于根据当前方向盘力矩信息和当前车速信息确定方向盘的初始转角信息；

修正转角确定模块，用于对所述初始转角信息进行滤波处理，得到修正转角信息；

电机控制模块，用于根据所述修正转角信息及当前车速信息控制电机运行，以为方向盘的自动回正提供电机助力。

可选的，所述初始转角确定模块包括：

关系曲线获取模块，用于采集不同车速时方向盘转角和方向盘力矩的关系曲线；

公式确定模块，用于根据所述关系曲线确定所述方向盘的初始转角计算公式；

初始转角确定模块，用于根据当前方向盘力矩信息、当前车速信息以及所述初始转角计算公式确定方向盘的初始转角信息。

可选的，所述电机控制模块包括：

电流确定模块，用于根据所述修正转角信息及当前车速信息确定电机的输出电流；

电机控制子模块，用于控制所述电机输出所述输出电流。

可选的，所述方向盘力矩信息包括驾驶员手力信息及电机力矩信息。

可选的，所述修正转角确定模块包括：

卡尔曼滤波模块，用于对所述初始转角信息进行卡尔曼滤波处理；

或，一阶低通滤波模块，用于对所述初始转角信息进行一阶低通滤波处理；

或，递推滤波模块，用于对所述初始转角信息进行递推滤波处理；

或，加权递推滤波模块，用于对所述初始转角信息进行权递推滤波处理

其中，所述卡尔曼滤波模块具体用于基于当前电机转速对所述初始转角信息进行卡尔曼滤波。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明实施例公开了一种电动助力转向系统的回正方法及装置，所述电动助力转向系统的回正方法能够根据当前的方向盘力矩信息及车速信息确定方向盘的初始转角，并对所述初始转角信息进行滤波处理，得到修正转角信息，最后根据得到的修正转角信息及当前车速信息控制电机运行，从而通过电机运行产生的电机力矩来实现方向盘的自动回正。该电动助力转向系统的回正方法及装置实现方向盘自动回正不需要在原有的电动助力转向系统中额外的添加其他硬件设备，从而降低了电动助力转向系统实现自动回正功能的成本，同时提高了电动助力转向系统的运行安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例公开的电动助力转向系统的回正方法流程图；

图2为本发明实施例公开的确定方向盘的初始转角信息的流程图；

图3为不同车速时方向盘转角和方向盘力矩的关系曲线图；

图4为对图3所示关系曲线进行线性拟合后的关系曲线图；

图5为本发明实施例公开的控制电机实现自动回正的流程图；

图6为本发明实施例公开的电动助力转向系统的回正装置的结构示意图；

图7为本发明实施例公开的初始转角确定模块的结构示意图；

图8为本发明实施例公开的电机控制模块的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例公开的电动助力转向系统的回正方法流程图，参见图1所示，所述电动助力转向系统的回正方法可以包括：

步骤101：实时获取方向盘力矩信息及车速信息；

具体的，所述车速信息可以通过相应的传感器采集得到。而所述方向盘力矩信息可以包括驾驶员手力信息及电机力矩信息。具体的，可以是驾驶员手力和电机力矩的和。其中，驾驶员手力信息可以通过电动助力转向系统在方向盘上原有的力矩传感器采集得到，所述电机力矩信息可以由专用的采集器采集得到，也可以由电机主动传送得到。

步骤102：根据当前方向盘力矩信息和当前车速信息确定方向盘的初始转角信息；

由于汽车在装配成型后，方向盘力矩和转向角度的关系一般也就固定了，因此，本发明实施例中，可以通过方向盘力矩以及方向盘力矩和转向角度的关系来确定方向盘的转角。由此，步骤102的具体步骤可以参见图2，图2为本发明实施例公开的确定方向盘的初始转角信息的流程图，如图2所示，可以包括：

步骤201：采集不同车速时方向盘转角和方向盘力矩的关系曲线；

在其他的实施例中，在采集得到不同车速时方向盘转角和方向盘力矩的关系曲线后，还可以进一步对所述关系曲线进行线性拟合。之所以要对方向盘转角和方向盘力矩的关系曲线进行线性拟合，是为了便于观察和研究。图3为不同车速时方向盘转角和方向盘力矩的关系曲线图，图4为对图3所示关系曲线进行线性拟合后的关系曲线图，可结合图3和图4理解上述内容。在图3和图4中，T为方向盘力矩，θ为方向盘转角。

步骤202：根据所述关系曲线确定方向盘的初始转角计算公式；

所述初始转角计算公式可以表示为θ=f1(v,T1)=f2(v,T2)；

T1=Th1+Ta1;T2=Th2+Ta2;

如果在步骤202之前还包括对关系曲线进行拟合的过程，则可以根据拟合后的曲线来确定方向盘的初始转角计算公式。

其中，f1,f2分别表示方向盘在转向和回正时的关系式；

T1,T2分别表示方向盘在转向和回正时的力矩；

Th1,Th2分别表示转向和回正时驾驶员手力大小（回正时手力为0）；

Ta1,Ta2分别表示转向和回正时电机输出助力大小，也即电机力矩；

V表示车速。

由图3和图4可知，方向盘转角和方向盘力矩的关系曲线相对于坐标原点对称，在方向盘转动停止和回正开始的时刻，方向盘的转角是相同的，因此得到上述公式θ=f1(v,T1)=f2(v,T2)。其中θ计算公式可以根据方向盘转角和方向盘力矩的拟合后的关系曲线，即图4所示曲线来确定。

步骤203：根据当前方向盘力矩信息、当前车速信息以及所述初始转角计算公式确定方向盘的初始转角信息。

在步骤202得到方向盘的初始转角的计算公式后，直接将当前方向盘力矩信息和当前车速信息代入所述初始转角的计算公式，即可得到所述方向盘的初始转角信息。

返回图1，进入步骤103。

步骤103：对所述初始转角信息进行滤波处理，得到修正转角信息；

所述对所述初始转角信息进行滤波处理可以采用多种滤波方式，例如，具体可以是对所述初始转角信息进行卡尔曼滤波或一阶低通滤波或递推滤波或加权递推滤波处理。其中，在采用卡尔曼滤波方式时，可以基于当前方向盘转速对所述初始转角信息进行卡尔曼滤波。在采用一阶低通滤波方式时，可以将最新得到的初始转角信息和系统中记录的上一个初始转角信息取平均值，作为修正转角信息。

其中，所述方向盘转速可以通过电机转速转换得到，电机转速的计算公式为ωm=(U-I*R)/ke。

其中，U是电机两端电压；

I是电机电流；

R是电机内阻；

Ke是电机反电动势系数。

然后，根据计算得到的电机转速推算得到方向盘转速ω=ωm*i。

其中，方向盘转速表示方向盘转动的快慢。其中的i是电机输出轴的减速比，可以采用现有技术确定。

步骤104：根据所述修正转角信息及当前车速信息控制电机运行，以为方向盘的自动回正提供电机助力。

在一个示意性的示例中，步骤104的具体过程可以参见图5，图5为本发明实施例公开的控制电机实现自动回正的流程图，如图5所示，可以包括：

步骤501：根据所述修正转角信息及当前车速信息确定电机的输出电流；

根据上面内容公开的公式θ=f1(v,T1)=f2(v,T2)可以推算出方向盘回正需要的方向盘力矩T2=g(v,θ)，然后根据电机电流和方向盘力矩的关系T=k*I，计算得到电机应当输出的输出电流。其中，k为常数。

需要说明的是，随着方向盘回正过程的进行，在不同时刻方向盘的转角不同，实现自动回正需要的方向盘力矩也不同。

步骤502：控制所述电机输出所述输出电流。

由于所述输出电流也是根据当前车速及根据当前信息计算得到的修正转角信息得到的，因此，所述输出电流也具有实时性，其能够保证电机力矩是在当前方向盘转角情况下，实现自动回正需要的电机力矩。

本实施例中，所述电动助力转向系统的回正方法能够根据当前的方向盘力矩信息及车速信息确定方向盘的初始转角，并对所述初始转角信息进行滤波处理，得到修正转角信息，最后根据得到的修正转角信息及当前车速信息控制电机运行，从而通过电机运行产生的电机力矩来实现方向盘的自动回正。该电动助力转向系统的回正方法实现方向盘自动回正不需要在原有的电动助力转向系统中额外的添加其他硬件设备，从而降低了电动助力转向系统实现自动回正功能的成本，同时提高了电动助力转向系统的运行安全性。

上述本发明公开的实施例中详细描述了方法，对于本发明的方法可采用多种形式的装置实现，因此本发明还公开了一种装置，下面给出具体的实施例进行详细说明。

图6为本发明实施例公开的电动助力转向系统的回正装置的结构示意图，参见图6所示，所述电动助力转向系统的回正装置60可以包括：

信息获取模块601，用于实时获取方向盘力矩信息及车速信息；

其中具体的，所述车速信息可以通过相应的传感器采集得到。所述方向盘力矩信息可以包括驾驶员手力信息及电机力矩信息，具体的，可以是驾驶员手力和电机力矩的和。

初始转角确定模块602，用于根据当前方向盘力矩信息和当前车速信息确定方向盘的初始转角信息；

由于汽车在装配成型后，方向盘力矩和转向角度的关系一般也就固定了，因此，本发明实施例中，可以通过方向盘力矩以及方向盘力矩和转向角度的关系来确定方向盘的转角。

在一个示例中，所述初始转角确定模块602具体结构可以参见图7，图7为本发明实施例公开的初始转角确定模块的结构示意图，参见图7所示，所述初始转角确定模块602可以包括：

关系曲线获取模块701，用于采集不同车速时方向盘转角和方向盘力矩的关系曲线；

在其他的实施例中，在采集得到不同车速时方向盘转角和方向盘力矩的关系曲线后，还可以进一步对所述关系曲线进行线性拟合，这个过程可以由所述关系曲线获取模块执行，也可以由一个单独的其他模块来执行。

公式确定模块702，用于根据所述关系曲线确定所述方向盘的初始转角计算公式；

如果之前有模块执行对关系曲线进行拟合的过程，则所述公式确定模块702可以根据拟合后的曲线来确定方向盘的初始转角计算公式。

初始转角确定模块703，用于根据当前方向盘力矩信息、当前车速信息以及所述初始转角计算公式确定方向盘的初始转角信息。

在所述公式确定模块702确定了方向盘的初始转角的计算公式后，直接将前方向盘力矩信息和当前车速信息代入所述初始转角的计算公式，即可得到所述方向盘的初始转角信息

修正转角确定模块603，用于对所述初始转角信息进行滤波处理，得到修正转角信息；

所述对所述初始转角信息进行滤波处理可以采用多种滤波方式，例如，具体可以是对所述初始转角信息进行卡尔曼滤波、一阶低通滤波、递推滤波或加权递推滤波处理。所以所述修正转角确定模块可以包括：卡尔曼滤波模块，用于对所述初始转角信息进行卡尔曼滤波处理；或，一阶低通滤波模块，用于对所述初始转角信息进行一阶低通滤波处理；或，递推滤波模块，用于对所述初始转角信息进行递推滤波处理；或，加权递推滤波模块，用于对所述初始转角信息进行权递推滤波处理。

其中，在采用卡尔曼滤波方式时，可以基于当前方向盘转速对所述初始转角信息进行卡尔曼滤波。其中所述的方向盘转速的获取放在在上述方法实施例中已详细介绍，具体可参照方法实施例相关部分的描述内容。

电机控制模块604，用于根据所述修正转角信息及当前车速信息控制电机运行，以为方向盘的自动回正提供电机助力。

在一个示意性的示例中，所述电机控制模块604的具体结构可以参见图8，图8为本发明实施例公开的电机控制模块的结构示意图，如图8所示，所述电机控制模块604可以包括：

电流确定模块801，用于根据所述修正转角信息及当前车速信息确定电机的输出电流；

根据方法实施例中公开的公式θ=f1(v,T1)=f2(v,T2)可以推算出方向盘回正需要的方向盘力矩T2=g(v,θ)，然后根据电机电流和方向盘力矩的关系T=k*I，计算得到电机应当输出的输出电流。其中，k为常数。

需要说明的是，随着方向盘回正过程的进行，在不同时刻方向盘的转角不同，实现自动回正需要的方向盘力矩也不同。

电机控制子模块802，用于控制所述电机输出所述输出电流。

由于所述输出电流也是根据当前车速及根据当前信息计算得到的修正转角信息得到的，因此，所述输出电流也具有实时性，其能够保证电机力矩是在当前方向盘转角情况下，实现自动回正需要的电机力矩。

本实施例中，所述电动助力转向系统的回正装置能够根据当前的方向盘力矩信息及车速信息确定方向盘的初始转角，并对所述初始转角信息进行滤波处理，得到修正转角信息，最后根据得到的修正转角信息及当前车速信息控制电机运行，从而通过电机运行产生的电机力矩来实现方向盘的自动回正。该电动助力转向系统的回正装置实现方向盘自动回正不需要在原有的电动助力转向系统中额外的添加其他硬件设备，从而降低了电动助力转向系统实现自动回正功能的成本，同时提高了电动助力转向系统的运行安全性。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

还需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器（RAM）、内存、只读存储器（ROM）、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种电动助力转向系统的回正方法，其特征在于，包括：

实时获取方向盘力矩信息及车速信息；

根据当前方向盘力矩信息和当前车速信息确定方向盘的初始转角信息；

对所述初始转角信息进行滤波处理，得到修正转角信息；

根据所述修正转角信息及当前车速信息控制电机运行，以给方向盘的自动回正提供电机助力。

2.根据权利要求1所述的回正方法，其特征在于，所述根据当前方向盘力矩信息和当前车速信息确定方向盘的初始转角信息，包括：

采集不同车速时方向盘转角和方向盘力矩的关系曲线；

根据所述关系曲线确定所述方向盘的初始转角计算公式；

根据当前方向盘力矩信息、当前车速信息以及所述初始转角计算公式确定方向盘的初始转角信息。

3.根据权利要求1所述的回正方法，其特征在于，所述根据所述修正转角信息及当前车速信息控制电机运行，包括：

根据所述修正转角信息及当前车速信息确定电机的输出电流；

控制所述电机输出所述输出电流。

4.根据权利要求1所述的回正方法，其特征在于，所述方向盘力矩信息包括驾驶员手力信息及电机力矩信息。

5.根据权利要求1所述的回正方法，其特征在于，所述对所述初始转角信息进行滤波处理，包括：

对所述初始转角信息进行卡尔曼滤波或一阶低通滤波或递推滤波或加权递推滤波处理；其中，所述对所述初始转角信息进行卡尔曼滤波包括：基于当前方向盘转速对所述初始转角信息进行卡尔曼滤波。

6.一种电动助力转向系统的回正装置，其特征在于，包括：

信息获取模块，用于实时获取方向盘力矩信息及车速信息；

初始转角确定模块，用于根据当前方向盘力矩信息和当前车速信息确定方向盘的初始转角信息；

修正转角确定模块，用于对所述初始转角信息进行滤波处理，得到修正转角信息；

电机控制模块，用于根据所述修正转角信息及当前车速信息控制电机运行，以为方向盘的自动回正提供电机助力。

7.根据权利要求6所述的回正装置，其特征在于，所述初始转角确定模块包括：

关系曲线获取模块，用于采集不同车速时方向盘转角和方向盘力矩的关系曲线；

公式确定模块，用于根据所述关系曲线确定所述方向盘的初始转角计算公式；

初始转角确定模块，用于根据当前方向盘力矩信息、当前车速信息以及所述初始转角计算公式确定方向盘的初始转角信息。

8.根据权利要求6所述的回正装置，其特征在于，所述电机控制模块包括：

电流确定模块，用于根据所述修正转角信息及当前车速信息确定电机的输出电流；

电机控制子模块，用于控制所述电机输出所述输出电流。

9.根据权利要求6所述的回正装置，其特征在于，所述方向盘力矩信息包括驾驶员手力信息及电机力矩信息。

10.根据权利要求6所述的回正装置，其特征在于，所述修正转角确定模块包括：

卡尔曼滤波模块，用于对所述初始转角信息进行卡尔曼滤波处理；

或，一阶低通滤波模块，用于对所述初始转角信息进行一阶低通滤波处理；

或，递推滤波模块，用于对所述初始转角信息进行递推滤波处理；

或，加权递推滤波模块，用于对所述初始转角信息进行权递推滤波处理

其中，所述卡尔曼滤波模块具体用于基于当前电机转速对所述初始转角信息进行卡尔曼滤波。

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